DE102015201903A1 - Process for plastic joining by means of microwave radiation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kunststofffügen mittels Mikrowellenstrahlung (M), bei dem wenigstens zwei jeweils aus einem Kunststoff gefertigte Komponenten (2) eines Bordnetzes für ein Fahrzeug zusammengefügt werden, indem diese mit Mikrowellenstrahlung (M) beaufschlagt werden und ortsselektiv in einem jeweiligen Fügebereich (20) miteinander verbunden werden.The invention relates to a method for plastic joining by means of microwave radiation (M), in which at least two components (2) of a vehicle electrical system for a vehicle are assembled, in each case by applying microwave radiation (M) to them and selectively in a respective joining region ( 20) are interconnected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kunststofffügen mittels Mikrowellenstrahlung. The invention relates to a method for plastic joining by means of microwave radiation.
Das Fügen von Kunststoffen mittels Mikrowellenstrahlung ist grundsätzlich bekannt. Hierbei werden zwei Komponenten, die aus Kunststoff gefertigt sind, mittels Mikrowellenstrahlung aktiviert und insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden. Dabei ist es möglich, entweder mikrowellenaktive Kunststoffe zu verwenden, welche direkt im Kontakt zueinander stehen, oder alternativ einen zusätzlichen mikrowellenaktiven Klebstoff zu verwenden, welcher zwischen die Komponenten gebracht wird und dort als Aktivator für eine Verbindungswirkung dient. Insbesondere aufgrund des erzielten Stoffschlusses zeichnen sich solche Verbindungen durch eine besonders gute Dichtigkeit aus, die besonders im Fahrzeugbereich von Vorteil ist, da hier oftmals empfindliche Fahrzeugkomponenten direkt der Witterung ausgesetzt sind. The joining of plastics by means of microwave radiation is known in principle. Here, two components, which are made of plastic, activated by means of microwave radiation and in particular materially connected to each other. It is possible to use either microwave-active plastics, which are in direct contact with each other, or alternatively to use an additional microwave-active adhesive, which is placed between the components and there serves as an activator for a bonding effect. In particular, due to the achieved material connection, such compounds are characterized by a particularly good tightness, which is particularly advantageous in the vehicle sector, since often sensitive vehicle components are exposed directly to the weather here.
Die Beaufschlagung mit Mikrowellen erfolgt üblicherweise in einem Mikrowellenofen, in welchen die zu verbindenden Komponenten eingelegt werden. Nachteilig ist hierbei, dass die Komponenten als Baugruppe im Ganzen mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagt werden und in der Folge möglicherweise deren Funktionalität beeinträchtigt wird oder weitere an den Komponenten angebrachte Teile sogar beschädigt werden. Insbesondere im Fahrzeugbereich besteht zudem das Problem, dass bei einem Bordnetz häufig Komponenten miteinander verbunden werden, die leitende Materialien und/oder elektronische Bauteile umfassen. Beispielsweise umfasst ein sogenannter Leistungsverteiler für ein Fahrzeug zwei Gehäuseteile, welche möglichst dicht verbunden werden sollen, wobei in dem Gehäuse bereits eine Elektronik installiert ist. Zusätzlich sind auch aus dem Gehäuse auslaufende Leitungen angeordnet. Diese umfassen dann typischerweise jeweils zumindest einen Leiter aus einem elektrisch leitenden Material. Eine Beaufschlagung der gesamten Anordnung mit Mikrowellen in einem Mikrowellenofen führt dann potentiell zu Überschlägen an den leitenden Teilen, möglicherweise Beschädigungen und einem entsprechenden Ausschuss bei der Produktion. The application of microwaves is usually carried out in a microwave oven, in which the components to be connected are inserted. The disadvantage here is that the components are acted upon as an assembly as a whole with microwave radiation and possibly their functionality is impaired or further attached to the components parts are even damaged. In particular, in the vehicle sector, there is also the problem that in a vehicle electrical system often components are interconnected, comprising conductive materials and / or electronic components. For example, a so-called power distributor for a vehicle comprises two housing parts, which are to be connected as tightly as possible, wherein electronics are already installed in the housing. In addition, also outgoing from the housing lines are arranged. These then typically each comprise at least one conductor made of an electrically conductive material. Exposing the entire array to microwaves in a microwave oven then potentially leads to flashovers on the conductive parts, possibly damage and a corresponding waste in the production.
Zudem bieten die oben genannten Mikrowellenöfen lediglich einen begrenzten Bearbeitungsraum. Besonders im Bordnetzbereich sind jedoch häufig Leitungen und Kabel, genauer gesagt, deren meist aus Kunststoff gefertigte Mäntel, miteinander oder mit entsprechenden Komponenten, beispielsweise Stecker- oder Sensorgehäusen oder auch Durchführungen an Gehäusen zu verbinden. Aufgrund der Länge eines entsprechenden Kabels von beispielsweise mehreren Metern und dessen üblicherweise biegeschlaffen Verhaltens ist eine Bearbeitung im abgeschlossenen Raum eines Mikrowellenofens jedoch deutlich erschwert. Weiterhin benötigen besonders sperrige Komponenten, beispielsweise ganze Baugruppen, einen entsprechend großen Raum und führen so zu einer besonders aufwändigen und kostenintensiven Fertigung. In addition, the above-mentioned microwave ovens offer only a limited processing space. Especially in the electrical system area, however, often lines and cables, more specifically, their mostly made of plastic coats to each other or to connect with corresponding components, such as plug or sensor housings or bushings on housings. Due to the length of a corresponding cable, for example, several meters and its usually limp behavior, however, a processing in the closed space of a microwave oven is much more difficult. Furthermore, particularly bulky components, for example entire assemblies, require a correspondingly large space and thus lead to a particularly complex and expensive production.
Ausgehend hiervon ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem wenigstens zwei Komponenten eines Bordnetzes für ein Fahrzeug auf möglichst einfache und kostengünstige Weise mittels Mikrowellenstrahlung möglichst dicht miteinander verbunden werden. Proceeding from this, it is therefore an object of the invention to provide a method in which at least two components of a vehicle electrical system for a vehicle in the simplest and most cost-effective manner by means of microwave radiation are connected as closely as possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments, developments and variants are the subject of the dependent claims.
Hierzu werden bei einem Verfahren zum Kunststofffügen mittels Mikrowellenstrahlung wenigstens zwei jeweils aus einem Kunststoff gefertigte Komponenten eines Bordnetzes für ein Fahrzeug zusammengefügt, indem diese mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagt werden und ortsselektiv in einem jeweiligen Fügebereich miteinander verbunden werden. For this purpose, in a method for plastic jointing by means of microwave radiation, at least two components of an electrical system for a vehicle, each made of a plastic, are assembled by applying microwave radiation to them and being connected to one another in a respective joining region in a spatially selective manner.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass aufgrund der ortsselektiven Verbindung der beiden Komponenten auch besonders große und komplexe Geometrien, d.h. umfangreichere Anordnungen mehrerer Komponenten, sogenannte Baugruppen, auf besonders einfache Weise miteinander verbindbar sind. Durch die Verwendung von Mikrowellenstrahlung wird dabei eine besonders dichte Verbindung erzielt, insbesondere ohne die Komponenten mechanisch zu beanspruchen, wie dies beispielsweise beim Ultraschallschweißen der Fall ist. Im Vergleich zum Reibschweißen ist insbesondere auch die thermische Beanspruchung der Komponenten besonders gering. The advantages achieved by the invention are in particular that due to the location-selective connection of the two components and particularly large and complex geometries, i. more extensive arrangements of several components, so-called assemblies, are connected to one another in a particularly simple manner. The use of microwave radiation while a particularly dense connection is achieved, in particular without mechanically stressing the components, as is the case for example in ultrasonic welding. In comparison to friction welding, in particular the thermal stress of the components is particularly low.
Die wenigstens zwei Komponenten dienen der Verwendung in einem Bordnetz eines Fahrzeuges und sind beispielsweise Kabel, Leitungen, Schläuche, Isolierungen, Gehäuse, Stecker- oder Sensorgehäuse, Verblendungen, Paneele oder dergleichen und insbesondere allgemein Komponenten einer Baugruppe, die Teil des Bordnetzes ist. Eine solche Baugruppe ist beispielsweise ein Leistungsverteiler, eine Sensoranordnung oder eine Sicherungs- oder Relaisbox. Gemeinsam ist den zu verbindenden Komponenten, dass diese jeweils wenigstens teilweise oder vollständig aus einem Kunststoff gefertigt sind und ein jeweiliger Kunststoffbereich mit einem Kunststoffbereich einer anderen Komponente verbunden werden soll. Beispielsweise ist eine Komponente eine Leitung mit einem zentral geführten Leiter aus einem leitenden Material, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, der von einem Leitungsmantel aus Kunststoff umgeben ist. Dieser wird beispielsweise in ein Gehäuse durch eine Durchführung eingeführt und soll in dieser möglichst dicht befestigt werden. Allgemein weist insbesondere zumindest eine der wenigstens zwei Komponenten einen elektrischen und/oder elektronischen Teil auf, der nicht aus Kunststoff gefertigt ist, sondern beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Material, dessen Beaufschlagung mit Mikrowellenstrahlung üblicherweise nachteilig ist, vermieden werden soll und durch das ortsselektive Fügen insbesondere auch vermieden wird. Eine Komponente, welche nicht ausschließlich aus Kunststoff gefertigt ist und beispielsweise zusätzlich noch Elektronik oder einen Leiter umfasst wird auch als Mischgruppe bezeichnet. The at least two components are for use in a vehicle electrical system of a vehicle and are, for example, cables, lines, hoses, insulation, housing, plug or sensor housing, veneers, panels or the like and in particular generally components of an assembly that is part of the electrical system. Such an assembly is for example a power distributor, a sensor arrangement or a fuse or relay box. Common to the components to be joined, that they are each at least partially or completely made of a plastic and a respective plastic portion to be connected to a plastic portion of another component. For example, a component is a conduit with a centrally-managed one Conductor made of a conductive material, such as copper or aluminum, which is surrounded by a plastic cable jacket. This is introduced, for example, in a housing through a bushing and should be attached as close as possible. In general, in particular at least one of the at least two components to an electrical and / or electronic part, which is not made of plastic, but for example, an electrically conductive material whose exposure to microwave radiation is usually disadvantageous, to be avoided and in particular by the site-selective joining also avoided. A component which is not made entirely of plastic and, for example, additionally comprises electronics or a conductor is also referred to as a mixing group.
Die beiden Komponenten, genauer gesagt deren Kunststoffbereiche, werden insbesondere lediglich in Teilbereichen miteinander verbunden, den sogenannten Fügebereichen. In diesen erfolgt ein Verbinden der Komponenten durch Beaufschlagung mit Mikrowellenstrahlen, die übrigen Bereiche der Komponenten werden hierbei insbesondere nicht miteinander verbunden. Die Fügebereiche sind insbesondere hinsichtlich deren Geometrie vorteilhaft frei gestaltbar und somit individuell auf die jeweilige Anwendung anpassbar. Beispielsweise ist ein jeweiliger Fügebereiche als einer oder mehrere Streifen ausgebildet, als durchgängige Fläche, beispielsweise kreisförmig oder polygonal. Auf diese Weise erfolgt eine entsprechend ortsselektive, d.h. insbesondere eine lediglich lokale Verbindung der beiden Komponenten. Dabei wird unter Mikrowellenstrahlung insbesondere elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz im Bereich von etwa 1 bis 300 GHz verstanden. The two components, more precisely their plastic regions, are connected to each other in particular only in partial regions, the so-called joining regions. In these, the components are connected by exposure to microwave radiation, the other areas of the components are in this case in particular not interconnected. The joining regions are advantageously freely designable, in particular with regard to their geometry, and thus can be adapted individually to the respective application. For example, a respective joining region is formed as one or more strips, as a continuous surface, for example circular or polygonal. In this way, a corresponding location-selective, i. in particular a merely local connection of the two components. In this case, microwave radiation is understood in particular to mean electromagnetic radiation having a frequency in the range from about 1 to 300 GHz.
Für das Verfahren werden vorzugsweise unvernetzte thermoplastische Kunststoffe verwendet. Geeignet sind allerdings auch vernetzte oder vernetzbare Kunststoffe, beispielsweise Elastomere. Auch Kunststoffgemische, sogenannte Blends, sowie Blockcopolymere, die insbesondere aus verschiedenartigen Monomeren zusammengesetzt sind. Auch eine Mischung aus unvernetzten und vernetzten Kunststoffen ist denkbar. Non-crosslinked thermoplastics are preferably used for the process. However, crosslinked or crosslinkable plastics, for example elastomers, are also suitable. Also plastic mixtures, so-called blends, as well as block copolymers, which are composed in particular of different types of monomers. A mixture of uncrosslinked and crosslinked plastics is also conceivable.
Bevorzugterweise sind die beiden Kunststoffe, insbesondere im Fügebereich derart ausgewählt, dass sich diese chemisch ähnlich sind, das heißt auf molekularer Ebene einen möglichst ähnlichen Aufbau aufweisen, um eine besonders gute Verbindung zu erzielen. Eine Verbindung erfolgt zweckmäßigerweise durch einen Stoffschluss zwischen den beiden Kunststoffen und ist dann besonders mediendicht und robust. Im Falle von unterschiedlichen Kunststoffen, die zueinander lediglich eine schlecht Haftung aufweisen, wird zumindest einer der Kunststoffe bevorzugterweise einer Vorbehandlung unterzogen, um beim anschließenden Verbinden einen verbesserten Stoffschluss zu erzielen. Eine geeignete Vorbehandlung umfasst beispielsweise eine chemische Behandlung zur Umstrukturierung oder Modifizierung der molekularen Struktur des zu behandelnden Kunststoffes zumindest im Fügebereich. Preferably, the two plastics, in particular in the joining region are selected such that they are chemically similar, that is, at the molecular level have a similar structure as possible in order to achieve a particularly good connection. A connection is advantageously carried out by a material connection between the two plastics and is then particularly media-tight and robust. In the case of different plastics, which only have poor adhesion to one another, at least one of the plastics is preferably subjected to a pretreatment in order to achieve an improved material bond during subsequent bonding. A suitable pretreatment includes, for example, a chemical treatment for restructuring or modifying the molecular structure of the plastic to be treated at least in the joining region.
Vorzugsweise ist zumindest einer der Kunststoffe mikrowellenaktiv und wird zum Fügen im Fügebereich durch Mikrowellenstrahlung aktiviert. Unter einem mikrowellenaktiven Kunststoff wird dabei insbesondere ein solcher Kunststoff verstanden, der Mikrowellenstrahlung absorbiert und auf diese Weise insbesondere erwärmbar ist. Diese Erwärmung führt dann zu einem An- oder Aufschmelzen des Kunststoffes im Fügebereich und ermöglicht eine stoffschlüssige Verbindung mit einem anderen Kunststoff, der mit dem erwärmten Kunststoff bereits in Kontakt steht oder nach oder während des Bestrahlens in Kontakt gebracht wird. Besonders geeignete mikrowellenaktive Kunststoffe sind beispielsweise Polyamid (PA) und Epoxidharz. Zum Fügen wird dann der mikrowellenaktive Kunststoff der entsprechenden Komponente im Fügebereich durch Mikrowellenstrahlung aktiviert und dann an den Fügebereich der anderen Komponente angepresst, um eine Verbindung zu erzielen. Alternativ werden die beiden Komponenten aufeinandergelegt und mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagt, so dass ein Fügen in den Fügebereichen erfolgt. In einer zweckmäßigen Variante sind entsprechend beide Kunststoffe mikrowellenaktiv, wodurch das die Verbindung in den Fügebereichen besonders stabil wird. Preferably, at least one of the plastics is microwave active and is activated for joining in the joining region by microwave radiation. In this case, a microwave-active plastic is understood in particular as meaning a plastic which absorbs microwave radiation and in this way is in particular heatable. This heating then leads to a melting or melting of the plastic in the joint area and allows a material connection with another plastic, which is already in contact with the heated plastic or brought into contact after or during irradiation. Particularly suitable microwave-active plastics are, for example, polyamide (PA) and epoxy resin. For joining, the microwave-active plastic of the corresponding component in the joining region is then activated by microwave radiation and then pressed against the joining region of the other component in order to achieve a connection. Alternatively, the two components are stacked and subjected to microwave radiation, so that a joining takes place in the joint areas. In an expedient variant, both plastics are microwave-active, which makes the compound particularly stable in the joining regions.
Um insbesondere eine zu starke Belastung von elektrischen und elektronischen Teilen einer Mischgruppe zu reduzieren oder sogar gänzlich zu vermeiden, wird die Frequenz der Mikrowellenstrahlung zweckmäßigerweise zeitabhängig variiert. Da die elektrischen oder elektronischen Teile von unterschiedlichen Frequenzen üblicherweise unterschiedlich stark betroffen sind, das heißt insbesondere bei bestimmten kritischen Frequenzen stärker absorbieren als bei anderen unkritischen Frequenzen, wird durch eine entsprechende Frequenzverschiebung beim Fügen die Absorption von Mikrowellenstrahlung vorteilhaft reduziert. Ein entsprechendes Teil wird dann lediglich für ein im Vergleich zur gesamten Dauer der Bestrahlung kurzes Zeitintervall mit kritischen Frequenzen beaufschlagt und ansonsten mit unkritischen Frequenzen. Insbesondere bei Baugruppen mit einer Vielzahl an unterschiedlichen zu schützenden elektrischen und/oder elektronischen Teilen und entsprechend kritischer Frequenzen wird auf diese Weise der Anteil an von den Teilen absorbierter Mikrowellenstrahlung vorteilhaft derart aufgeteilt, dass jedes Teil lediglich ein akzeptables Maß an kritischer Bestrahlung oder weniger erfährt und dadurch vor einer Beschädigung aufgrund zu starker Absorption geschützt wird. In particular, in order to reduce excessive load on electrical and electronic parts of a mixing group or even to avoid altogether, the frequency of the microwave radiation is expediently varied over time. Since the electrical or electronic parts of different frequencies are usually affected to different degrees, that is to absorb more particularly at certain critical frequencies than other non-critical frequencies, the absorption of microwave radiation is advantageously reduced by a corresponding frequency shift during joining. A corresponding part is then acted upon only for a short compared to the entire duration of the irradiation time interval with critical frequencies and otherwise with uncritical frequencies. In particular, in assemblies having a plurality of different electrical and / or electronic parts to be protected and correspondingly critical frequencies, the proportion of microwave radiation absorbed by the parts is advantageously divided such that each part experiences only an acceptable level of critical radiation or less, and thereby protected from damage due to excessive absorption.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest eine der Komponenten sowohl aus einem mikrowellenaktiven Kunststoff wie auch aus einem mikrowellentransparenten, das heißt mikrowelleninaktiven Kunststoff gefertigt, wobei der mikrowellenaktive Kunststoff im Fügebereich der Komponente angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung ist auf besonders einfache Weise ein ortsselektives Fügen der beiden Komponenten möglich, insbesondere auch unter Verwendung eines Mikrowellenofens, d.h. der Bestrahlung nicht lediglich des Fügebereiches der Komponenten. Eine Aktivierung erfolgt dann lediglich in dem Bereich, in welchem der mikrowellenaktive Kunststoff angeordnet ist, also ortsselektiv in den Fügebereichen. Außerhalb der Fügebereiche ist dagegen lediglich mikrowellentransparenter Kunststoff angeordnet, welcher entsprechend nicht aktiviert wird. Geeignete mikrowellentransparente Kunststoffe sind beispielsweise Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC). Die aus den beiden Kunststoffen gefertigte Komponente wird vorzugsweise in einem sogenannten 2-Komponenten-Verfahren hergestellt, wobei das Wort Komponente im Kontext des 2-Komponenten-Verfahrens einen Kunststoff bezeichnet. Hierbei werden die beiden unterschiedlichen Kunststoffe insbesondere derart angeordnet, dass der mikrowellenaktive Kunststoff lediglich im jeweiligen Fügebereich angeordnet ist. In einer geeigneten Weiterbildung werden entsprechend beide Komponenten auf diese Weise ausgebildet. In a particularly preferred embodiment, at least one of the components is made both from a microwave-active plastic and from a microwave-transparent, that is, microwave-inactive plastic, the microwave-active plastic being arranged in the joining region of the component. In this embodiment, a location-selective joining of the two components is possible in a particularly simple manner, in particular also using a microwave oven, i. the irradiation not only of the joining area of the components. Activation then takes place only in the area in which the microwave-active plastic is arranged, that is to say in a location-selective manner in the joining areas. Outside the joint areas, however, only microwave-transparent plastic is arranged, which is not activated accordingly. Suitable microwaveable plastics are, for example, polypropylene (PP) and polyvinyl chloride (PVC). The component made of the two plastics is preferably produced in a so-called two-component process, wherein the word component in the context of the two-component process designates a plastic. Here, the two different plastics are arranged in particular such that the microwave active plastic is arranged only in the respective joining region. In a suitable development, both components are accordingly designed in this way.
In einer geeigneten Variante wird vor der Beaufschlagung mit Mikrowellenstrahlung zunächst in zumindest einem der Fügebereiche eine mikrowellenaktive Beschichtung als Aktivator aufgebracht. Auf diese Weise ist es dann vorteilhaft möglich, solche Komponenten, welche nicht oder lediglich unzureichend mikrowellenaktiv sind, ortsselektiv mikrowellenaktiv auszugestalten. Von besonderem Vorteil hierbei ist insbesondere, dass auch bereits mittels anderer Methoden verbundene Komponenten auf besonders einfache Weise für das Fügeverfahren mittels Mikrowellenstrahlung nachrüstbar sind, indem auf diese lediglich im jeweiligen Fügebereich die mikrowellenaktive Beschichtung aufgebracht wird. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren besonders kostengünstig in bereits bestehende Produktionsprozesse integrieren. Zudem ist insbesondere auch eine Anpassung der Fügebereiche möglich, ohne die Komponente an sich verändern zu müssen, indem lediglich die Art und/oder Dimensionierung der mikrowellenaktiven Beschichtung geändert wird. Die Beschichtung wird dann beispielsweise in den Fügebereichen aufgeklebt, -gedruckt, -gespritzt, -laminiert oder auf ähnlich geeignete Weise aufgebracht. Als Materialien eignen sich prinzipiell alle mikrowellenaktiven Kunststoffe, aber auch Nicht-Kunststoffe, welche mikrowellenaktiv sind. In a suitable variant, a microwave-active coating is first applied as activator in at least one of the joining regions before being exposed to microwave radiation. In this way, it is advantageously possible to configure such components, which are not or only insufficiently microwave-active, microwave-active in a spatially selective manner. It is of particular advantage in this case in particular that components which are already connected by means of other methods can also be retrofitted in a particularly simple manner for the joining method by means of microwave radiation, in that the microwave-active coating is applied to these only in the respective joining region. In this way, the method can be particularly cost-effectively integrated into existing production processes. In addition, in particular, an adaptation of the joining areas is possible without having to change the component itself, by merely changing the type and / or dimensioning of the microwave-active coating. The coating is then adhered, printed, sprayed, laminated or applied in a similarly suitable manner, for example in the joining areas. Suitable materials are in principle all microwave-active plastics, but also non-plastics, which are microwave active.
Zusätzlich oder in einer Alternative wird in zumindest einem der Fügebereiche geeigneterweise ein mikrowellenaktiver Verbindungsstoff aufgebracht, beispielsweise ein mikrowellenaktiver Klebstoff. Mittels dieses Verbindungsstoffes ist es dann insbesondere möglich, mikrowelleninaktive Kunststoffe dennoch ortsselektiv miteinander zu verbinden, indem im vorgesehenen Fügebereich der Verbindungsstoff aufgetragen wird. Hier sind prinzipiell verschiedenste Vorgehensweisen denkbar:
Entweder wird der Verbindungsstoff in einem oder in beiden Fügebereichen aufgetragen, dann aktiviert und schließlich die beiden Komponenten zusammengebracht, oder die beiden Komponenten werden zusammengebracht, mit dazwischen angeordnetem Verbindungsstoff und das Gesamtpaket wird mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagt. Allgemein dient der Verbindungsstoff als Aktivator, d.h. zur Absorption von Mikrowellenstrahlung und entsprechender Erwärmung auch der umliegenden, insbesondere mikrowellentransparenten Kunststoffe. Als Verbindungsstoff eignen sich insbesondere mikrowellenaktive Klebstoffe, besonders auf Basis der oben bereits erwähnten mikrowellenaktiven Kunststoffe. Additionally or in one alternative, in at least one of the joining regions, a microwave-active bonding substance is suitably applied, for example a microwave-active adhesive. By means of this compound substance, it is then possible, in particular, to connect microwave-inactive plastics to each other in a spatially selective manner by applying the connecting substance in the intended joining region. Here are basically a variety of approaches conceivable:
Either the bonding agent is applied in one or both joint areas, then activated and finally the two components brought together, or the two components are brought together, with interposed compound and the entire package is exposed to microwave radiation. Generally, the compound serves as an activator, ie for the absorption of microwave radiation and corresponding heating of the surrounding, in particular microwave transparent plastics. Microwave-active adhesives, in particular based on the microwave-active plastics already mentioned above, are particularly suitable as compound.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der mikrowellenaktive Verbindungsstoff jedoch eine Folie aus einem mikrowellenaktiven Kunststoff. Diese ist insbesondere im Vergleich zu einem mikrowellenaktiven Klebstoff deutlich einfacher in der Handhabung. Zudem wird der Fügeprozess insbesondere dahingehend vereinfacht, dass die Folie bereits in vorkonfektionierter Form, insbesondere an die Fügebereiche angepasst, bereitgestellt wird. Durch diese separate Vorbereitung sind bei der Herstellung zudem auch deutlich reduzierte Herstellungszeiten erzielbar, wodurch das Verfahren insgesamt besonders kosteneffizient ist. In an advantageous embodiment, however, the microwave-active compound is a film of a microwave-active plastic. This is much easier to handle, especially compared to a microwave-active adhesive. In addition, the joining process is simplified in particular to the effect that the film is already provided in prefabricated form, in particular adapted to the joining areas. By this separate preparation also significantly reduced production times can be achieved in the production, whereby the process is overall very cost-effective.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist der mikrowellenaktive Verbindungsstoff ein insbesondere mikrowelleninaktiver, das heißt nicht-mikrowellenaktiver Kunststoff, dem ein mikrowellenaktives Additiv beigemischt ist. Auf diese Weise ist die Auswahl an verwendbaren Kunststoffen zum Fügen der beiden Komponenten deutlich erhöht. Insbesondere beim Fügen von Komponenten aus mikrowelleninaktiven Kunststoffen ist es dann möglich, den gleichen Kunststoff als Verbindungsstoff zu verwenden und diesen lediglich durch die Zugabe des mikrowellenaktiven Additivs als Aktivator zu einem mikrowellenaktiven Kunststoff auszubilden. Dadurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, einen optimalen Stoffschluss zwischen einem mikrowellenaktiven und einem nicht-mikrowellenaktiven Kunststoff herzustellen, die beiden Kunststoffe chemisch gleichartig sind und sich lediglich durch das hinzugefügte Additiv unterscheiden. In a suitable embodiment of the microwave active compound is a particular microwave-active, that is non-microwave active plastic, which is admixed with a microwave active additive. In this way, the selection of usable plastics for joining the two components is significantly increased. In particular, when joining components of microwave-inactive plastics, it is then possible to use the same plastic as a compound and form this only by the addition of the microwave-active additive as an activator to a microwave-active plastic. This makes it possible in a particularly simple manner to produce an optimal material connection between a microwave-active and a non-microwave-active plastic, the two plastics are chemically similar and differ only by the added additive.
Ebenfalls zweckmäßig ist eine Ausgestaltung derart, dass zumindest einem der Kunststoffe ein mikrowellenaktives Additiv beigemischt wird. Beispielsweise erfolgt diese Beimischung bereits bei der Fertigung der Komponente, genauer gesagt deren aus Kunststoff gefertigtem Teil. Vorzugsweise erfolgt dabei eine Beimischung des mikrowellenaktiven Additivs lediglich ortsselektiv, so dass auch eine Beaufschlagung der gesamten Komponente mittels Mikrowellenstrahlung lediglich eine ortsselektive Aktivierung zur Folge hat. Beispielsweise wird, in Anlehnung an das oben beschriebene 2-Komponenten-Verfahren, die Komponente aus zwar dem gleichen Kunststoff, beispielsweise mikrowellentransparentem Polypropylen gefertigt, jedoch in unterschiedlichen Teilbereichen einmal mit und einmal ohne mikrowellenaktives Additiv. Um dann insbesondere eine ortsselektive Aktivierung auch in einem Mikrowellenofen zu ermöglichen, ist das mikrowellenaktive Additiv vorzugsweise lediglich im Fügebereich beigemischt. Also useful is an embodiment such that at least one of the plastics is admixed with a microwave-active additive. For example, this admixture already takes place during the production of the component, more precisely its part made of plastic. Preferably, an admixture of the microwave-active additive takes place only in a location-selective manner, so that application of the entire component by means of microwave radiation only results in a location-selective activation. For example, based on the above-described two-component process, the component is manufactured from the same plastic, for example microwaveable polypropylene, but in different subregions once with and once without a microwave-active additive. In order to enable in particular a location-selective activation in a microwave oven, the microwave-active additive is preferably admixed only in the joining region.
Bevorzugterweise ist das oben im Zusammenhang mit dem Verbindungsstoff sowie dem Kunststoff genannte Additiv nicht-metallisch, wodurch ein besonders guter Korrosionsschutz für die jeweilige Komponente gewährleistet wird. Bei der Verwendung metallischer Additive würden diese in der Komponente möglicherweise zur Korrosion und einer entsprechenden Beschädigung oder zumindest funktionellen Beeinträchtigung der Komponente führen. Des Weiteren sind insbesondere im Kontext möglicherweise zusätzlich an der Komponente vorhandener Elektronik oder in Kabeln vorhandener Leiter solche leitenden Additive besonders aufgrund von möglichen Kurzschlüssen ungeeignet. Als nicht-metallisches Additiv eignet sich besonders Ruß, der zudem auch besonders kostengünstig ist. Ebenfalls geeignet sind beispielsweise auch Carbonfasern oder diverse Pigmente. Preferably, the above mentioned in connection with the connecting material and the plastic additive is non-metallic, whereby a particularly good corrosion protection for the respective component is ensured. When using metallic additives, these would possibly lead to corrosion in the component and corresponding damage or at least functional impairment of the component. Furthermore, particularly in the context of potentially existing electronics or cables present in conductors, such conductive additives are particularly unsuitable due to possible short circuits. As a non-metallic additive is particularly suitable carbon black, which is also particularly inexpensive. Also suitable, for example, carbon fibers or various pigments.
In einer bevorzugten Variante ist eine ortsselektive Beaufschlagung durch Mikrowellenstrahlung insbesondere dadurch realisiert, dass diese mittels einer Antenne ortsselektiv bereitgestellt wird, indem die Antenne lediglich in einen vorgegebenen und begrenzten Raumbereich abstrahlt. Anstelle eines die Komponenten umgebenden Mikrowellenofens wird demnach eine Antenne verwendet, welche vorzugsweise beliebig an das Bauteil heranführbar ist, beispielsweise in Form eines an einen Roboterarm befestigten Werkzeugs. In dieser Ausgestaltung ist dann vorteilhaft die Bauraumbegrenzung aufgehoben, so dass Komponenten beliebiger Größe und Form zusammenfügbar sind. Vorzugsweise wird daher die Mikrowellenstrahlung durch eine entsprechende Antenne bereitgestellt, die entlang der Fügebereiche verfahren wird. Insbesondere eignet sich diese Variante auch zur kontinuierlichen Bearbeitung oder in einer Fließbandfertigung von Serienprodukten. Auch im Hinblick auf die Verbindung von Kabeln oder Kabeln an Gehäusen bietet eine Aktivierung mittels einer Antenne eine besonders flexible Lösung, bei der insbesondere eine Bestrahlung der Leiter der Kabel mit Mikrowellenstrahlung durch eine entsprechende Ausrichtung der Antenne vermieden wird. In a preferred variant, a location-selective exposure to microwave radiation is realized, in particular, by providing it in a location-selective manner by means of an antenna in that the antenna radiates only into a predetermined and limited spatial area. Accordingly, instead of a microwave oven surrounding the components, an antenna is used, which preferably can be moved freely to the component, for example in the form of a tool fastened to a robot arm. In this embodiment, the space limitation is then advantageously eliminated, so that components of any size and shape are joined together. Preferably, therefore, the microwave radiation is provided by a corresponding antenna, which is moved along the joining areas. In particular, this variant is also suitable for continuous processing or in a production line of series products. Also with regard to the connection of cables or cables to housings, activation by means of an antenna offers a particularly flexible solution, in which, in particular, irradiation of the conductors of the cables with microwave radiation is avoided by a corresponding orientation of the antenna.
Die Antenne ist eine Mikrowellenantenne, und beispielsweise als düsenförmiger Hohlraum konzipiert, in welchen ein Austrittsschlitz oder eine Austrittsöffnung eingebracht ist, durch welche wiederum die Mikrowellenstrahlung emittiert wird. Durch geeignete Wahl der Geometrie der Austrittsöffnung ist die Antenne zudem vorteilhaft auf den jeweiligen Anwendungsfall konfigurierbar. Dabei wird ein Abstrahlen von Mikrowellenstrahlung in die nicht vorgesehenen Richtungen insbesondere dadurch vermieden, dass der Hohlraum nach Art eines Hohlleiters von einem metallischen Gehäuse umgeben ist. Eine solche Bereitstellung der Mikrowellenstrahlung mittels Antenne bietet dann eine deutlich flexiblere und einfachere Handhabung der Komponenten beim Fügeverfahren. The antenna is a microwave antenna, and designed for example as a nozzle-shaped cavity, in which an outlet slot or an outlet opening is introduced, through which in turn the microwave radiation is emitted. By suitable choice of the geometry of the outlet opening, the antenna is also advantageously configured for the particular application. In this case, a radiation of microwave radiation in the directions not provided is avoided in particular by the fact that the cavity is surrounded in the manner of a waveguide of a metallic housing. Such provision of the microwave radiation by means of an antenna then offers a much more flexible and easier handling of the components in the joining process.
Vorzugsweise wird das Verfahren in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen oder Kombinationen derselben dazu verwendet, eine Leitung und ein Gehäuse miteinander zu verbinden. Das Gehäuse ist hierbei insbesondere ein Stecker- oder Sensorgehäuse, an welches die Leitung angefügt wird. Dabei wird insbesondere ein Leitungsmantel der Leitung mit dem Gehäuse verbunden. Die Verbindung erfolgt vorteilhaft stoffschlüssig und insbesondere ortsselektiv derart, dass beim Fügen keine Überschläge durch den in der Leitung vorhandenen Leiter erzeugt werden. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Anordnung vorteilhaft vermieden. Preferably, the method in any of the above-described embodiments or combinations thereof is used to connect a conduit and a housing together. The housing here is in particular a plug or sensor housing, to which the line is added. In particular, a cable jacket of the line is connected to the housing. The connection is advantageously cohesively and in particular location-selective in such a way that during the joining no flashovers are generated by the conductor present in the line. In this way, damage to the arrangement is advantageously avoided.
In einer zweckmäßigen Variante werden zwei Leitungen miteinander verbunden, genauer gesagt werden deren Leitungsmäntel endseitig mittels Mikrowellenstrahlung zusammengefügt. Die Aktivierung erfolgt vorzugsweise in oben bereits beschriebener Weise. In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird als zusätzliche Komponente eine Hülse oder Tülle verwendet, welche die Leitungen endseitig umgreift und zur Abdeckung sowie Abdichtung der Verbindungsstelle dient. Diese zusätzliche Komponente ist insbesondere eine Komponente im bereits beschriebenen Sinne. In an expedient variant, two lines are connected to each other, more precisely their cable shells are joined together at the end by means of microwave radiation. The activation preferably takes place in the manner already described above. In an expedient development, a sleeve or grommet is used as an additional component, which surrounds the lines end and serves to cover and seal the connection point. This additional component is in particular a component in the sense already described.
In einer geeigneten Alternative sind die zwei Komponenten eine Leitung und ein Dichtstück und die Leitung wird endseitig zunächst mit einem Funktionselement versehen und anschließend mittels des Dichtstücks abgedichtet. Dadurch wird eine besonders dichte Isolierung oder Endisolierung erzielt. Das Funktionselement wird hierbei zunächst endseitig, das heißt an einem Leitungsende der Leitung angebracht, insbesondere befestigt, beispielsweise festgecrimpt oder gelötet. Durch das Dichtstück wird das Funktionselement dann insbesondere auch am Leitungsende fixiert. Das Funktionselement ist beispielsweise ein Kabelschuh, eine Kontaktierungslasche oder ein Kontakt. Das Dichtstück ist insbesondere nach Art einer Hülse, einer Tülle oder eines Schlauchs ausgebildet, mit einer Innenwand, die zumindest teilweise mit dem Leitungsmantel in Kontakt gebracht wird und anschließend durch Beaufschlagen mit Mikrowellenstrahlung mit dem Leitungsmantel verbunden wird. In einer geeigneten Weiterbildung ist die Innenwand des Dichtstücks mit einem mikrowellenaktiven Klebstoff versehen, der insbesondere aufgrund der Mikrowellenstrahlung besonders schnell aushärtet und die beiden Komponenten, nämlich die Leitung, genauer gesagt das Leitungsende, und das Funktionselement besonders mediendicht verbindet. In a suitable alternative, the two components are a line and a sealing piece and the line is initially provided with a functional element end and then sealed by means of the sealing piece. As a result, a particularly dense insulation or final insulation is achieved. The functional element is in this case first end, that is at a line end of the line attached, in particular fixed, for example crimped or soldered. By the sealing piece, the functional element is then fixed in particular also at the end of the line. The functional element is for example a cable lug, a contacting tab or a contact. The sealing piece is designed in particular in the manner of a sleeve, a spout or a hose, with an inner wall which is at least partially brought into contact with the cable sheath and is then connected to the cable sheath by application of microwave radiation. In a suitable development, the inner wall of the sealing piece is provided with a microwave-active adhesive, which hardens particularly quickly due to the microwave radiation and the two components, namely the line, more precisely the line end, and the functional element connects particularly media-tight.
In einer geeigneten Variante wird eine der Komponenten dadurch angefügt, dass diese zunächst an die andere Komponente angegossen wird und anschließend mittels der Mikrowellenstrahlung ausgehärtet wird. Diese Variante eignet sich besonders zum Angießen eines Sensorgehäuses oder zum Sensorverguss an eine Leitung, insbesondere Sensorleitung derart, dass ein üblicherweise am Leitungsende bereits angeschlossener Sensor direkt vergossen wird und dann mittels Mikrowellenstrahlung ortsselektiv ausgehärtet wird, wodurch eine besonders feste Verbindung von Sensorgehäuse und Leitung erzielt wird. Analoges gilt für ein Steckergehäuse oder sonstiges Abschlussteil einer Leitung. In a suitable variant, one of the components is added by first casting it onto the other component and then curing it by means of the microwave radiation. This variant is particularly suitable for casting a sensor housing or Sensorverguss to a line, in particular sensor line such that a usually already connected to the line end sensor is directly shed and then cured by microwave radiation is spatially selective, creating a particularly strong connection of sensor housing and line is achieved , The same applies to a connector housing or other end part of a line.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen schematisch: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In it show schematically:
In den
Die Baugruppe
In einer Alternative wird die gesamte Anordnung mit Mikrowellenstrahlung M beaufschlagt und ein ortsselektives Fügen erfolgt dadurch, dass die Gehäuseteile
Zur Verdeutlichung eines alternativen Verfahrens zum Fügen von Komponenten
Eine weitere Alternative zum ortsselektiven Kunststofffügen ist in
Das Verfahren ist nicht auf das Zusammenfügen von Gehäuseteilen
Zur Verdeutlichung einer alternativen Anwendung des Verfahrens ist in
Ebenfalls geeignet ist das Verfahren zum Verbinden zweier Leitungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2 2
- Komponente component
- 4 4
- Baugruppe module
- 6 6
- Gehäuseschale shell
- 8 8th
- Gehäusedeckel housing cover
- 10 10
- Elektronik electronics
- 12 12
- Leitung management
- 14 14
- Leiter ladder
- 16 16
- Leitungsmantel cable sheath
- 18 18
- Durchführung execution
- 20 20
- Fügebereich joining area
- 22 22
- Verbindungsstoff jointing substance
- 26 26
- Sensorelement sensor element
- 28 28
- Sensorgehäuse sensor housing
- 30 30
- Formwerkzeug mold
- 32 32
- Antenne antenna
- 34 34
- Hohlraum cavity
- 36 36
- Mikrowellenanschluss microwave connection
- 38 38
- Öffnung opening
- 40 40
- Fertigungsstraße production line
- 42 42
- Roboterarm robot arm
- 44 44
- Fördereinrichtung Conveyor
- 46 46
- Funktionselement functional element
- 48 48
- Dichtstück sealing piece
- M M
- Mikrowellenstrahlung microwave radiation
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015201903.9A DE102015201903A1 (en) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | Process for plastic joining by means of microwave radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015201903.9A DE102015201903A1 (en) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | Process for plastic joining by means of microwave radiation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102015201903A1 true DE102015201903A1 (en) | 2016-04-07 |
Family
ID=55531338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102015201903.9A Ceased DE102015201903A1 (en) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | Process for plastic joining by means of microwave radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102015201903A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019204186A1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Ako - Kunststoffe Alfred Kolb Gmbh | Method for microwave welding, component made of plastic and arrangement with a first component and a second component |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5804801A (en) * | 1994-03-31 | 1998-09-08 | Lambda Technologies, Inc. | Adhesive bonding using variable frequency microwave energy |
| DE10155697A1 (en) * | 2000-11-15 | 2002-08-29 | Brose Fahrzeugteile | Car door with one or more electrical or optical lead connections has at least one part of lead connections positioned as individual lead connections on carrier plate independently of one another |
| DE69533647T2 (en) * | 1994-03-31 | 2006-02-23 | UT-Battelle, LLC., Oak Ridge | DEVICE AND METHOD FOR MICROWAVE PROCESSING OF MATERIALS |
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-
2015
- 2015-02-04 DE DE102015201903.9A patent/DE102015201903A1/en not_active Ceased
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